Светодиодные драйверы производства фирмы SiTI

Немного о Silicon Touch Technology Inc.

Компания была основана в декабре 1996 года, находится в Тайване. Линейка продукции SiTI включает в себя драйверы электро- и шаговых двигателей, супервизоры электропитания, приемопередатчики оптоволоконных линий. Однако 47% объема выпуска приходится на микросхемы управления светодиодами, двухцветными и полноцветными светодиодными матрицами и модулями.

Продукцию фирмы SiTI используют многие ведущие изготовители видеоэкранов (Barco, Daktronics, Tecnovision, Optotech, российская фирма АТВ и др.).

К основным особенностям LED-драйверов производства SiTI можно отнести:

• возможность подстройки тока для каждого светодиода;
• ШИМ-регулировку уровня серого (общего уровня яркости);
• широкий диапазон напряжения питания;
• встроенные схемы защиты от перегрева и обнаружения обрыва/замыкания в светодиодах;
• возможность изготовления в корпусах QFP и QFN.

Основная область использования этих микросхем — светодиодные экраны наружного и внутреннего применения, «бегущие строки», светодиодная реклама и другие устройства отображения информации.

На рис. 1 и 2 можно видеть, что разработчики SiTI продвигаются к созданию микросхемы «все в одном» для построения полноцветного светодиодного экрана. Сейчас фирма имеет бесспорное преимущество в области изготовления драйверов с широтно-импульсной модуляцией для светодиодов.

Драйверы первого поколения, к которым относятся ST2221A (снята с производства в 2006 году), DM114, DM115, имеют много функциональных аналогов: TOSHIBA (TB62706, TB62705), ALLEGRO (A6275EA, A6276EA), MACROBLOCK (MBI5001, MBI5016). Устройство их достаточно простое — 8-битный последовательный регистр с защелкой и генераторами постоянного тока в каждом канале. Эти драйверы не дают возможности устанавливать выходной ток для каждого канала в отдельности.

Микросхемы DM114 и DM115 (максимальный ток на канал 90 и 60 мА соответственно) — это модернизированные ST2221A. Добавлены следующие функциональные возможности:

• расширенное напряжение питания логической части 3,3~5 В;
• задержка 4 нс между временем включения каждого канала, что позволяет избежать больших импульсов тока в момент включения токовых ключей.

Также к драйверам первого поколения относится микросхема ST2225A. Это 35-канальный драйвер, разработанный для управления 7-сегментными индикаторами.

Продолжением линейки драйверов первого поколения стала микросхема DM11C — усовершенствованный 8-канальный драйвер с максимальным током на один канал 120 мА. В этот драйвер встроена схема обнаружения обрыва/пробоя светодиодов и защита от перегрева. Благодаря своей низкой цене, широким функциональным возможностям, наличию большого количества корпусов и несложному алгоритму работы, эта микросхема пользуется большим спросом среди изготовителей светодиодных индикаторных устройств. В таблице приведены сравнительные параметры драйверов.

Микросхема второго поколения ST2226A и ее обновленная версия DM132 имеют дополнительные возможности благодаря встроенной схеме ШИМ.

Диапазон питающих напряжений расширен до 3–5 В, а выходных напряжений — до 1,25–17 В. При выходном токе в диапазоне 5–60 мА обеспечивается разность величины тока в пределах ±4% в одной микросхеме и ±7% в разных. Микросхема выпускается в корпусах DIP28, SOP28, SSOP28 и QFN32. Основное применение — видеоэкраны.

В состав микросхемы входят регистры сдвига с защелками, 16-канальный драйвер постоянного тока с установкой величины тока внешним резистором, устройство 1024-ступенчатого управления уровнем яркости и схема временного разделения каналов.

Несомненное преимущество — возможность управления постоянным током, протекающим через светодиод, по каждому пикселю индивидуально — в отличие от драйверов первого поколения, где регулировка возможна только по всем каналам микросхемы вместе.

Рассказывая о микросхемах с ШИМ, нельзя не упомянуть унифицированный драйвер DM413, который может работать как в режиме 3-канального драйвера, так и в режиме генератора ШИМ для управления токовыми ключами. К его особенностям можно отнести:

• 8-битный режим регулировки выходного тока по каждому каналу с помощью ШИМ;
• 8-битный режим регулировки выходного тока по каждому каналу и 6-битный общей регулировки яркости;
• 8-битный режим регулировки выходного тока по каждому каналу и 5-битный коррекции цвета;
• максимальный выходной ток: 100 мА;
• регулировка выходного тока ШИМ с помощью встроенного генератора ~ 6,5 мГц;
• возможность смены выходной полярности;
• расширенный диапазон напряжения питания.

Микросхема выпускается в корпусах SOP16 и SSOP16.

Примерная схема включения показана на рис. 3.

В 2005 году выпущена еще более усовершенствованная микросхема для использования в полноцветных светодиодных видеоэкранах — DM163. В нее входят 3 блока RGB по 8 каналов в каждом. Яркость одного канала задается 8-битным двоичным кодом. Также предусмотрена 6-битная регулировка яркости для каждого канала. Предельный ток канала — 60 мА при максимальном рабочем напряжении до 17 вольт, с возможностью регулировки тока по каждому каналу в отдельности с 1024 уровнями градации. Микросхема выпускается в корпусах QFP44 и QFN40. Малые размеры корпуса позволяют без проблем расположить драйвер рядом со светодиодами, что поможет увеличить помехоустойчивость схемы. В 2007 году SiTI начала серийно выпускать обновленную версию DM164 — это уже 16-битная микросхема.

Новейшая разработка SiTI в области управления светодиодами с помощью ШИМ — светодиодный драйвер DM634, разработанный в 2007 году. Это 16-канальный светодиодный драйвер с программируемыми выходами. Основные особенности и преимущества микросхемы:

• максимальный выходной ток 90 мА;
• максимальное выходное напряжение 17 В;
• 16-битная ШИМ на каждый канал;
• 7-битный общий контроль яркости;
• максимальная тактовая частота 25 МГц;
• обнаружение обрыва/пробоя светодиода в режиме реального времени;
• встроенная защита от перегрева.

Драйверы первого поколения стоят сейчас примерно 5–6 центов за канал, а драйверы с ШИМ — 8–10 центов. При сравнении необходимо учесть высокую степень интеграции драйверов с ШИМ, применение которых требует меньше дополнительных навесных элементов. Можно представить себе, насколько упрощается работа схемотехника по созданию конструкции: ведь фактически основная часть проекта выполняется программными средствами. Облегчается и процесс настройки цветового баланса по пикселям, матрицам и всего экрана в сборе.

Источники тока

В последнее время появились светодиоды с кристаллами, работающие при больших токах — более одного ампера. Несомненно, что не всегда нужно использовать такие светодиоды с максимальной силой света. Возникает вопрос об управлении величиной тока для питания мощных светодиодов. Сейчас серийно выпускается микросхема DD311. Это одноканальный светодиодный драйвер, в состав которого входят токовое зеркало и выключатель, разработанный специально для управления мощными светодиодами типа HPL, Dorado, XLamps. Он может обеспечить максимальный выходной ток 1 A, управляемый токовым выводом. Величина выходного тока, установленного внешним резистором, в 100 раз больше управляющего тока. Максимальное рабочее напряжение 33 В может обеспечить питание большого количества мощных светодиодов, включенных последовательно. Вход Enable позволяет включать и выключать светодиоды, а также регулировать их яркость подачей ШИМ-управления на этот вывод.

Особенности:

• максимальный выходной ток: 1 A (регулируется величиной управляющего тока);
• минимальное напряжение на выводе Out: 1 В (Iout = 1 A);
• максимальное напряжение на выводе Out: 36 В (при токе утечки <0,1 мкA);
• максимальная частота сигнала на выводе Enable: 1 MГц;
• корпус ТО-252.

Возможные схемы включения показаны на рис. 4–6.

Драйвер DD311 специально разработан для работы с высокой частотой переключения — до 1 MГц. Подавая на вывод Enable управляющий ШИМ-сигнал, можно управлять яркостью светодиодов. Особый интерес представляет совместная работа DD311 и микросхемы DM413, являющейся в данном случае формирователем ШИМ-управления, типовая схема включения DD311 и DM413 показана на рис. 7. DM413 формирует 14-битный RGB-сигнал, позволяющий управлять набором из трех драйверов DD311. Комбинация DD311 и DM413 — это идеальное решение по управлению яркостью и цветом большого количества светодиодов.

Микросхема DD312 тоже выпускается серийно. Это версия DD311 с пониженным напряжением питания. Микросхема выпускается в корпусах TO-252 и SOP-8. Предусмотрена защита от теплового перегрева корпуса, а в версии SOP-8 есть сигнализация превышения температуры и контроль обрыва/пробоя светодиода.

DD313 представляет особый интерес для разработчиков, создающих электронные устройства светодиодной рекламы. Микросхема выпускается в корпусах SOP-16 и TSSOP-16, в ней три канала с током 500 мА по каждому и предельное напряжение до 17 В. При подаче сигнала ШИМ можно управлять током в каждом канале отдельно. Пример схемы включения DD313 показан на рис. 8.

Последняя разработка SiTI в области управления мощными светодиодами — микросхема DD331. Это 4-канальный драйвер, выходы которого совместимы с входами n-MOSFET транзисторов. Выходной ток микросхемы ограничивается внешними резисторами для каждого канала отдельно. DD331 выпускается в корпусах SOP-16, SSOP-16 и QFN-16. Примерная схема включения DD331 изображена на рис. 9.

Тайваньская фирма SiTI непрерывно развивается и с каждым годом расширяет ассортимент продукции, отвечающей самым высоким требованиям разработчиков «бегущих строк», светодиодных экранов и прочих устройств отображения информации.